100 M3 液化石油气储罐设计

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1003m液化石油气储罐设计

绪论

随着我国化学工业的蓬勃发展，各地建立了大量的液化气储配站。对于储存量小于5003m

或单罐容积小于1503m时．一般选用卧式圆筒形储罐。液化气储罐是储存易燃易爆介质．直接关系到人民生命财产安全的重要设备。因此属于设计、制造要求高、检验要求严的三类压力容器。本次设计的为1003m液化石油气储罐设计即为此种情况。

液化石油气贮罐是盛装液化石油气的常用设备, 由于该气体具有易燃易爆的特点, 因此在设计这种贮罐时, 要注意与一般气体贮罐的不同点, 尤其要注意安全, 还要注意在制造、安装等方面的特点。

目前我国普遍采用常温压力贮罐, 常温贮罐一般有两种形式: 球形贮罐和圆筒形贮罐。球形贮罐和圆筒形贮罐相比: 前者具有投资少, 金属耗量少, 占地面积少等优点, 但加工制造及安装复杂, 焊接工作量大, 故安装费用较高。一般贮存总量大于5003m或单罐容积大于2003m时选用球形贮罐比较经济; 而圆筒形贮罐具有加工制造安装简单, 安装费用少等优点, 但金属耗量大占地面积大, 所以在总贮量小于5003m, 单罐容积小于1003m时选用卧式贮罐比较经济。圆筒形贮罐按安装方式可分为卧式和立式两种。在一般中、小型液化石油气站内大多选用卧式圆筒形贮罐, 只有某些特殊情况下(站内地方受限制等) 才选用立式。本文主要讨论卧式圆筒形液化石油气贮罐的设计。

卧式液化石油气贮罐设计的特点。卧式液化石油气贮罐也是一个储存压力容器, 也应按GB150《钢制压力容器》进行制造、试验和验收; 并接受劳动部颁发《压力容器安全技术监察规程》(简称容规) 的监督。液化石油气贮罐, 不论是卧式还是球罐都属第三类压力容器。贮罐主要有筒体、封头、人孔、支座以及各种接管组成。贮罐上设有液相管、液相回液管、气相管、排污管以及安全阀、压力表、温度计、液面计等。

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第一章 设计参数的选择

1、设计题目：1003m液化石油气储罐的设计

2、设计数据：如下表1：

表1：设计数据

序号 项目 数值 单位 备注

1 名称 1003m液化石油气储罐

2 用途 液化石油气储配站

3 最大工作压力 0.79 MPa

4 工作温度 50 C。

5 公称直径 3400 mm

6 容积 100 3m

7 单位容积充装量 0.42 t/3m

8 装量系数 0.9

9 工作介质 液化石油气（易燃）

10 其他要求 100%无损检测

3、设计压力：

设计压力取最大工作压力的1.1倍，即1.10.790.869PMPa

4、设计温度：

工作温度为50C。，

设计温度取45550C。。

5、主要元件材料的选择：

5.1 筒体材料的选择：

根据GB150-1998表4-1，选用筒体材料为低合金钢16MnR（钢材标准为GB6654）170tMPa。16MnR适用范围：用于介质含有少量硫化物，具有一定腐蚀性,壁厚较大（8mm）的压力容器。

5.2 鞍座材料的选择：

根据JB/T4731,鞍座选用材料为Q235-B，其许用应力147saMPa

5.3 地脚螺栓的材料选择：

地脚螺栓选用符合GB/T 700规定的Q235，Q235的许用应力147btMPa 3

第二章 设备的结构设计

1、圆筒厚度的设计

计算压力P：

液柱静压力: 41P=5609.813.21.7610ghPa

461/1.7610/0.869102%5%PP,

故液柱静压力可以忽略，即cP0.869PMPa

该容器需100%探伤，所以取其焊接系数为1.0。

圆筒的厚度在6~16mm范围内，查GB150-1998中表4-1，可得：在设计温度70C。下，屈服极限强度345sMPa， 许用应力t170MPa

利用中径公式，

计算厚度：itcPD0.869MPa34008.721.01700.8692-Pmm

查标准HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》表7-1知，钢板厚度负偏差为0.25mm，而有GB150-1998中3.5.5.1知，当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm，且不超过名义厚度的6%时，负偏差可以忽略不计，故取10C。

查标准HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》表7-5知,在无特殊腐蚀情况下，腐蚀裕量2C不小于1mm。本例取2C=1

则筒体的设计厚度128.7019.7nCCmm

圆整后，取名义厚度10nmm

筒体的有效厚度121019enCCmm

2、封头厚度的设计

查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表1，得公称直径iDN=D=3400mm

选用标准椭圆形封头,型号代号为EHA，则 22iiDh，根据GB150-1998中椭圆形封头计算中式7-1计算：

citcPD0.869MPa34008.721.001700.50.8692-0.5Pmm 4 同上，取21Cmm，10C。

封头的设计厚度8.7019.7dmmmmmm

圆整后，取封头的名义厚度10nmm ，有效厚度121019enCCmm

封头型记做 EHA 320022-16MnR JB/T4746

3、筒体和封头的结构设计

3.1 封头的结构尺寸（封头结构如下图1）

由22iDHh，得34008904044iDhHmm

查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表B.1 EHA椭圆形封头内表面积、容积，如下表2：

表2 ：EHA椭圆形封头内表面积、容积

公称直径DN /mm 总深度H /mm 内表面积A/2m 容积V封/3m

3400 890 12.9581

5.5080

3.2 筒体的长度计算

224iVDLV封 ，而充装系数为0.9

则：2VD20.94iLV封

即21003.425.50800.94L

计算得L=11.025，取L=11m

4、鞍座选型和结构设计

4.1 鞍座选型

该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用Q235-B。

估算鞍座的负荷：

储罐总质量12342mmmmm

1m——筒体质量：331×3.143.210107.85109218.726mDLkg

2m——单个封头的质量：查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表B.2 EHA椭圆形封头质量，可知，21592.3mkg

3m——充液质量：<液化石油气水，故 5 233100010003.41025.5085110.836610k4mVVg水

4m——附件质量：人孔质量为302kg，其他接管质量总和估为400kg，即4702kgm

综上所述，312342123.9410kgmmmmm

G=mg=1215.87kN,每个鞍座承受的重量为607.94N

由此查JB4712.1-2007容器支座，选取轻型，焊制为BI,包角为120，有垫板的鞍座。查JB4712.1-2007表6得鞍座结构尺寸如下表3：

表3：鞍式支座结构尺寸

公称直径 DN 3400 腹板  12

垫板 b

730

允许载荷 Q/kN 835

筋板 390  12

鞍座高度 h 250 b 335 e 140

底板 2480 b 430 螺栓间距 2200

b 380  10 螺孔/孔长 D/l 28/60

 16 垫板 弧长 3950 鞍座质量 Kg 559

4.2 鞍座位置的确定

因为当外伸长度A=0.207L时，双支座跨距中间截面的最大弯矩和支座截面处的弯矩绝对值相等，从而使上述两截面上保持等强度，考虑到支座截面处除弯矩以外的其他载荷，面且支座截面处应力较为复杂，故常取支座处圆筒的弯矩略小于跨距中间圆筒的弯矩，通常取尺寸A不超过0.2L值，为此中国现行标准JB 4731《钢制卧式容器》规定A≤0.2L=0.2（L+2h），A最大不超过0.25L.否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。

由标准椭圆封头2,402()4iiDDmmHh有h=H-

故0.2(2)0.2(11000240)2216ALhmm

鞍座的安装位置如图3所示： 6

此外，由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗变钢度，故封头对于圆筒的抗弯钢度具有局部的加强作用。若支座靠近封头，则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。因此，JB

4731还规定当满足A≤0.2L时，最好使A≤0.5R m（2RinmR）,即

170017052nmRmm

0.50.51705852.5mARmm ，取A=85m

综上有：A=850mm(A为封头切线至封头焊缝间距离，L为筒体和两封头的总长)

5、接管，法兰，垫片和螺栓的选择

5.1、接管和法兰

液化石油气储罐应设置排污口，气相平衡口，气相口，出液口，进液口，人孔，液位计口，温度计口，压力表口，安全阀口，排空口。接管和法兰布置如图3所示，法兰简图如图所示：

查HG/T 20592-2009《钢制管法兰》中表8.2 3-1 PN10带颈对焊钢制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸。 7 查HG/T 20592-2009《钢制管法兰》中附录D中表D-3,得各法兰的质量。

查HG/T 20592-2009《钢制管法兰》中表3.2.2，法兰的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。

表4：接管和法兰尺寸

序号 名称 公称直径DN 钢管外径法兰焊端外径 法兰外径D 螺栓孔中心圆直径K 螺栓孔直径L 螺栓孔数量n（个） 螺栓Th 法兰厚度C 法兰颈 法兰高度H 法兰质量

N S 1H R

a 排污口 80 89B 200 160 18 8 M16 20 105 3.2 10 6 50 4

b 气相平衡口 80 89B 200 160 18 8 M16 20 105 3.2 10 6 50 4

c 气相口 80 89B 200 160 18 8 M16 20 105 3.2 10 6 50 4

d 出液口 80 89B 200 160 18 8 M16 20 105 3.2 10 6 50 4

e 进液口 80 89B 200 160 18 8 M16 20 105 3.2 10 6 50 4

f 人孔 500 530B 670 620 26 20 M24 28 562 7.1 16 12 90 39.5

g1-2 液位计口 32 38B 140 100 18 4 M12 18 40 2.3 6 4 40 2

h 温度计口 20 25B 105 75 14 4 M12 18 40 2.3 6 4 40 1

m 压力表口 20 25B 105 75 14 4 M12 18 40 2.3 6 4 40 1